JP2008282927A - 光半導体用パッケージ、光半導体装置、及びその製造方法 - Google Patents

光半導体用パッケージ、光半導体装置、及びその製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】光半導体素子から発生する熱を効率良く放熱することができ、かつ、簡易的に作製できる光半導体用パッケージを提供する。
【解決手段】光半導体用パッケージ１０は、光半導体素子４を搭載すると共に光半導体素子４が発生する熱を放熱する金属体３と、光半導体素子４と電気的に接続される第１のリード１と、金属体３を位置決めすると共に光半導体素子４から金属体３に伝わる熱を放熱する第２のリード２と、第１のリード１、第２のリード２、及び金属体３を固定する樹脂部５とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、発光ダイオード（ＬＥＤ）等の発光素子を用いる光半導体用パッケージ、及びその光半導体用パッケージを用いた光半導体装置、並びにその光半導体装置の製造方法に関する。
従来の光半導体用パッケージとしては、放熱性を向上させるために金属体からなる放熱板を用いるものがあった（例えば、特許文献１を参照）。図６は、特許文献１に記載された従来の光半導体用パッケージ１１０の構造を説明する断面図である。
図６に示す従来の光半導体用パッケージ１１０は、光半導体素子１０４と、光半導体素子１０４を搭載する第１のリードフレーム１０１と、ボンディングワイヤ１０７を介して光半導体素子１０４と電気的に接続される第２のリードフレーム１０２と、光半導体素子１０４の周囲にリードフレーム１０１及び１０２を固定する樹脂部１０５とを備え、第１のリードフレーム１０１の下部に金属体１０３を有している。
この従来の光半導体用パッケージ１１０の製造方法は、まず、第１及び第２のリードフレーム１０１及び１０２を樹脂部１０５内にインサート成形し、第２のリードフレーム１０２上にＡｇペースト（図示せず）を介して光半導体素子１０４を搭載する。次に、第１のリードフレーム１０１にボンディングワイヤ１０７を取り付けて、第１のリードフレーム１０１を光半導体素子１０４と電気的に接続する。そして、樹脂部１０５で囲まれた内側は、光半導体素子１０４やボンディングワイヤ１０７等を保護するためエポキシ樹脂等からなる封止樹脂部１０８を充填して封止していた。
特開２００４−２１４４３６号公報
しかしながら、上述した従来の光半導体用パッケージ１１０のように、放熱性を向上させるために光半導体素子１０４を直接金属体１０３に搭載する構造では、予めフレームに金属体１０３をかしめて、一体化させる工程が必要であり、手間とコストがかかるという課題を有している。また、加工するための面積を要するため光半導体素子１０４を搭載できる有効エリアが小さくなるという課題も有している。
それ故に、本発明の目的は、光半導体素子から発生する熱を効率良く放熱することができ、かつ、簡易的に作製できる光半導体用パッケージ、及びその光半導体用パッケージを用いた光半導体装置、並びにその光半導体装置の製造方法を提供することである。
本発明は、光半導体用パッケージ及び光半導体装置に向けられている。上記目的を達成するために本発明の光半導体用パッケージは、光半導体素子が搭載される金属体と、光半導体素子と電気的に接続される第１のリードと、金属体に接触して位置を保持する第２のリードと、金属体における光半導体素子の搭載面、第１のリードの両側電気接続端、及び第２のリードの両側終端を除いた領域に形成され、第１のリード、第２のリード、及び金属体を固定する樹脂部とで構成される。
また、本発明の半導体装置は、この光半導体用パッケージに、光半導体素子と、光半導体素子及び金属細線を覆うように形成され、光半導体素子及び金属細線を保護する封止樹脂部とをさらに構成に含む。
なお、樹脂部から外部に伸延する部分の第２のリードの横幅が、金属体の横幅以上であることが好ましい。
上記本発明の光半導体用パッケージは、光半導体素子と電気的に接続される第１のリードと当該光半導体素子が搭載される金属体に接触して位置を保持する第２のリードとを有したリードフレームの形成、及び当該第２のリードへの金属体位置決め用の接続部の形成を行う工程と、開放状態の成形用金型にリードフレームを載置し、かつ接続部に金属体を搭載して、成形用金型を型締めする工程と、金属体における光半導体素子の搭載面、１のリードの両側電気接続端、及び第２のリードの両側終端を除いた領域に樹脂を充填する工程とを行うことによって製造される。
また、上記本発明の半導体装置は、この工程にさらに、金属体に光半導体素子を搭載し、金属細線を用いて光半導体素子と第１のリードとを接続する工程と、光半導体素子及び金属細線を覆うように透光性樹脂を充填する工程と、樹脂部から外部に伸延する第１のリード及び第２のリードの終端を、それぞれ折り曲げて外部端子を形成する工程とを行うことによって製造される。
上記本発明によれば、光半導体素子が動作時に発生する熱を金属体を介して効率よく外部に放熱することができる。また、第２のリードと金属体との位置決めを容易に行うことができるので、リードフレームに金属体を固定する加工工程が必要ない。
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係る光半導体用パッケージ１０の構造を説明する図である。図１（ａ）は平面図を示し、図１（ｂ）は図１（ａ）のａ−ａ断面図を示す。図２は、光半導体用パッケージ１０に光半導体素子４を搭載した光半導体装置２０の構造を説明する図である。図２（ａ）は平面図を示し、図２（ｂ）は図２（ａ）のｂ−ｂ断面図を示す。図３Ａ及び図３Ｂは、光半導体用パッケージ１０を有する光半導体装置２０の製造方法を説明する図である。
まず、第１の実施形態に係る光半導体用パッケージ１０及び光半導体装置２０の構成を説明する。
図１において、光半導体用パッケージ１０は、第１のリード１と、第２のリード２と、金属体３と、樹脂部５とで構成される。図２において、光半導体装置２０は、光半導体用パッケージ１０と、光半導体素子４と、金属細線７と、封止樹脂部８とで構成される。この図１及び図２では、第１のリード１が横幅の広い板状で、第２のリード２が横幅の狭い棒状である例を示している。
金属体３は、光半導体素子４を搭載する機能、及び光半導体素子４が発生する熱を放熱する機能を果たす。この金属体３には、熱伝導性に優れる銅、銅合金、アルミニウム、及びアルミニウム合金等の材料が用いられる。第１のリード１は、金属細線７を介して、光半導体素子４と電気的に接続される導体である。第２のリード２は、金属体３に接触して保持し、金属体３の位置を決める機能、及び光半導体素子４から金属体３に伝わる熱を放熱する機能を果たす。この接続は、円形、多角形、コ字形、ニ字形等の窪みや貫通穴等の接続部（図示せず）を用いて行われる。第１のリード１と第２のリード２とで、リードフレーム６を構成する。
樹脂部５は、第１のリード１、第２のリード２、及び金属体３を固定する機能を果たす。具体的には、樹脂部５は、金属体３における半導体素子４の搭載面、第１のリード１の両側電気接続端、及び第２のリード２の両側終端を除いた（露出させる）領域に形成される。この樹脂部５は、耐熱性に優れる液晶ポリマーやポリアミド系樹脂等の材料が用いられる。
光半導体素子４は、発光ダイオード等の発光素子である。金属細線７は、例えばボンディングワイヤであり、導電性の良い材料が用いられる。封止樹脂部８は、光半導体素子４及び金属細線７を保護かつ固定するための透光性がある絶縁体であり、エポキシ系樹脂やシリコン系樹脂等の材料が用いられる。
次に、第１の実施形態に係る光半導体用パッケージ１０及び光半導体装置２０の製造方法を説明する。
最初に、第１のリード１及び第２のリード２を有したリードフレーム６を、プレス加工又はエッチング加工によって形成する（図３Ａの工程ａ）。なお、第２のリード２と金属体３とを貫通穴で接続する場合には、この工程ａにおいて貫通穴も形成しておく（図示せず）。これにより、リードフレーム６の形成と同時に、金属体３を位置決めする貫通穴を形成することができる。
次に、開放状態のインサート成形用金型９の所定の位置にリードフレーム６及び金属体３を載置して、インサート成形用金型９を型締めする（図３Ａの工程ｂ）。なお、貫通穴等を形成している場合には、貫通穴等に従った位置に金属体３が載置される。次に、リードフレーム６及び金属体３の周囲を覆うように樹脂を充填して樹脂部５を形成し（図３Ａの工程ｃ）、その後インサート成形用金型９を開放する（図Ａ３の工程ｄ）。
これにより、光半導体用パッケージ１０が完成する。
なお、リードフレーム６及び金属体３の表面には、酸化防止、実装性の向上、及び電気的特性の安定化のために、パラジウム、銀、金、又はニッケル等の機能メッキを施すこともある。また、第２のリード２と金属体３とを、事前に圧入やカシメ等で物理的仮止めしておいてもよい。
次に、樹脂部５に囲まれた金属体３の上に、接着部材（図示せず）を介して光半導体素子４を搭載し（図３Ｂの工程ｅ）、光半導体素子４の電極部と第１のリード１とを金属細線７で接続する（図３Ｂの工程ｆ）。次に、この接続が終わった光半導体素子４と金属細線７とを覆うように、樹脂部５に囲まれた部分に所定の樹脂を充填して封止樹脂部８を形成する（図３Ｂの工程ｇ）。この封止樹脂部８には、光半導体素子４から出射される光を任意の色に変換したり、演色性を向上させたり、発光効率を向上させたりする効果がある。最後に、光半導体装置用パッケージ１０の樹脂部５から延出する第１のリード１及び第２のリード２を折り曲げて、外部端子を形成する（図３Ｂの工程ｈ）。
これにより、光半導体装置２０が完成する。
以上のように、本発明の第１の実施形態に係る光半導体用パッケージ１０、光半導体装置２０、及びその製造方法によれば、光半導体素子４が動作時に発生する熱を金属体３を介して効率よく外部に放熱することができる。
また、第２のリード２と金属体３との位置決めをインサート成形金型９内で容易に行うことができる。よって、リードフレーム６に金属体３を固定する加工工程が必要ない。
なお、第２のリード２と金属体３との位置決めに貫通穴等を用いる場合には、作成する貫通穴の数及び配置を少なくすることで、より大型の金属体３を採用することが可能となる。金属体３が大型化すれば、光半導体素子４の搭載可能領域が拡大し、より大きなサイズの光半導体素子や複数個の光半導体素子を搭載することが可能となり、高出力タイプやフルカラータイプへの適用も実現可能となる。
また、第１のリード１をより金属体３に近い位置に配置すれば、金属体３の上に搭載される光半導体素子４と第１のリード１との距離が短くなり、金属細線７を短くすることができる。これにより、金属細線７の使用量を削減できるとともに、金属細線７の電気抵抗に起因する発熱量を低減させることができる。
（第２の実施形態）
図４は、本発明の第２の実施形態に係る光半導体用パッケージ３０の構造を説明する図である。図４（ａ）は平面図を示し、図４（ｂ）は図４（ａ）のｃ−ｃ断面図である。図５は、光半導体用パッケージ３０に光半導体素子４を搭載した光半導体装置４０の構造を説明する図である。図５（ａ）は平面図を示し、図５（ｂ）は図５（ａ）のｄ−ｄ断面図である。
この第２の実施形態に係る光半導体用パッケージ３０は、上記第１の実施形態に係る光半導体用パッケージ１０と比べて、第２のリード２２の形状が異なる。この第２のリード２２は、樹脂部５から外部に伸延する部分を、第１のリード１と同様に横幅の広い板状（図４の例では、金属体３の横幅以上の板状）にしている。
これにより、金属体３の上に搭載した光半導体素子４から発生する熱を、面積の広い第２のリード２２を介して効率的に外部放熱することができる。また、この広い横幅の部分で光半導体装置４０を実装用基板に接続することが可能となり、光半導体装置４０の実装が安定する。
なお、金属体３の光半導体素子４の搭載面とは反対側の樹脂部５と接触する領域に、段差部（図示せず）を設けてもよい。
これにより、金属体３と樹脂部５との接触面積を拡大できると共に、アンカー効果の作用により、一層強固に樹脂部５を金属体３に保持することができる。
本発明は、発光素子を用いる光半導体用パッケージ及びその光半導体用パッケージを用いた光半導体装置等に利用可能であり、特に高出力タイプの光半導体装置の利用に適している。
本発明の第１の実施形態に係る光半導体用パッケージ１０の構造を説明する平面図及び断面図 光半導体用パッケージ１０に光半導体素子４を搭載した光半導体装置２０の構造を説明する平面図及び断面図 光半導体用パッケージ１０を有する光半導体装置２０の製造方法を説明する図 光半導体用パッケージ１０を有する光半導体装置２０の製造方法を説明する図 本発明の第２の実施形態に係る光半導体用パッケージ３０の構造を説明する平面図及び断面図 光半導体用パッケージ１０に光半導体素子４を搭載した光半導体装置４０の構造を説明する平面図及び断面図 従来の光半導体用パッケージ１１０の構造を説明する断面図
符号の説明
１、２、２２、１０１、１０２ リード
３、１０３ 金属体
４、１０４ 光半導体素子
５、１０５ 樹脂部
６ リードフレーム
７、１０７ 金属細線（ボンディングワイヤ）
８、１０８ 封止樹脂部
９ 成形用金型
１０、３０、１１０ 光半導体用パッケージ
２０、４０ 光半導体装置

Claims (6)

  1. 光半導体素子が搭載される金属体と、
    前記光半導体素子と電気的に接続される第１のリードと、
    前記金属体に接触して位置を保持する第２のリードと、
    前記金属体における光半導体素子の搭載面、前記第１のリードの両側電気接続端、及び前記第２のリードの両側終端を除いた領域に形成され、前記第１のリード、前記第２のリード、及び前記金属体を固定する樹脂部とで構成される、光半導体用パッケージ。
  2. 前記樹脂部から外部に伸延する部分の前記第２のリードの横幅が、前記金属体の横幅以上であることを特徴とする、請求項１に記載の光半導体用パッケージ。
  3. 光半導体素子と、
    前記光半導体素子が搭載される金属体と、
    金属細線を用いて、前記光半導体素子と電気的に接続される第１のリードと、
    前記金属体に接触して位置を保持する第２のリードと、
    前記金属体における光半導体素子の搭載面、前記第１のリードの両側電気接続端、及び前記第２のリードの両側終端を除いた領域に形成され、前記第１のリード、前記第２のリード、及び前記金属体を固定する樹脂部と、
    前記光半導体素子及び前記金属細線を覆うように形成され、前記光半導体素子及び前記金属細線を保護する封止樹脂部とで構成される、光半導体装置。
  4. 前記樹脂部から外部に伸延する部分の前記第２のリードの横幅が、前記金属体の横幅以上であることを特徴とする、請求項３に記載の光半導体装置。
  5. 光半導体素子と電気的に接続される第１のリードと当該光半導体素子が搭載される金属体に接触して位置を保持する第２のリードとを有したリードフレームの形成、及び当該第２のリードへの金属体位置決め用の接続部の形成を行う工程と、
    開放状態の成形用金型に前記リードフレームを載置し、かつ前記接続部に前記金属体を搭載して、成形用金型を型締めする工程と、
    前記金属体における光半導体素子の搭載面、前記第１のリードの両側電気接続端、及び前記第２のリードの両側終端を除いた領域に樹脂を充填する工程とを備える、光半導体用パッケージの製造方法。
  6. 光半導体素子と電気的に接続される第１のリードと当該光半導体素子が搭載される金属体に接触して位置を保持する第２のリードとを有したリードフレームの形成、及び当該第２のリードへの金属体位置決め用の接続部の形成を行う工程と、
    開放状態の成形用金型に前記リードフレームを載置し、かつ前記接続部に前記金属体を搭載して、成形用金型を型締めする工程と、
    前記金属体における光半導体素子の搭載面、前記第１のリードの両側電気接続端、及び前記第２のリードの両側終端を除いた領域に樹脂を充填する工程と、
    前記金属体に光半導体素子を搭載し、金属細線を用いて前記光半導体素子と前記第１のリードとを接続する工程と、
    前記光半導体素子及び前記金属細線を覆うように透光性樹脂を充填する工程と、
    前記樹脂部から外部に伸延する前記第１のリード及び前記第２のリードの終端を、それぞれ折り曲げて外部端子を形成する工程とを備える、光半導体装置の製造方法。
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